Увод у систем управљања топлотом
Систем управљања топлотом електричних возила је еволуирао од система управљања топлотом традиционалних возила на гориво, а конфигурација система се такође постепено развијала од релативне независности сваког круга управљања топлотом до правца интеграције. Пошто нема отпадне топлоте мотора која би се користила, потребна је додатна опрема за обезбеђивање извора топлоте за загревање путничког простора. Тренутно, најчешће коришћене методе грејања за електрична возила укључују грејање електричног грејача са позитивним температурним коефицијентом (ПТЦ) и грејање клима уређаја топлотном пумпом.
1. Клима уређај са једним хлађењем + ПТЦ
Отпор термистора у ПТЦ електричном грејачу ће се повећавати са повећањем температуре, што резултира смањењем снаге грејања, тако да ПТЦ термистор има константну температурну карактеристику. Због једноставног састава и ниске цене ПТЦ система грејања, већина раних електричних возила користи хлађење клима уређаја са једним хлађењем и грејање ПТЦ електричног грејача да би се задовољиле потребе за хлађењем и грејањем путничког простора. Слика 1 је дијаграм система клима уређаја са једним хлађењем + ПТЦ. У летњем хлађењу, испаривач постављен у ваздушном каналу служи за апсорпцију топлоте ради постизања сврхе хлађења. Постоје два решења за грејање. Један је да поставите ваздушни ПТЦ директно у ваздушни канал кутије клима уређаја као што је приказано на слици 1 (а). Када постоји потреба за грејањем, ПТЦ се укључује да загреје ваздух у ваздушном каналу и прође га у путнички простор; други је да загрева расхладно средство помоћу воденог ПТЦ-а као што је приказано на слици 1 (б), а расхладно средство тече у језгро топлог ваздуха постављено у ваздушном каналу да индиректно загрева ваздух у ваздушном каналу како би задовољио потребе за грејањем.
2. Топлотна пумпа клима уређај + ПТЦ
Пошто ПТЦ користи електрично грејање за грејање, ефикасност грејања је мања од 1, тако да овај начин грејања може смањити домет вожње електричних возила за 50%. Теоријска ефикасност топлотних пумпи је већа од 1, а коришћење топлотних пумпи уместо ПТЦ грејања постало је тренд развоја. Резултати истраживања ЗХАНГ ет ал. показују да системи топлотне пумпе могу да уштеде 41,3% енергије у поређењу са ПТЦ системима грејача. Пошто већина електричних возила тренутно користи Р134а као радни флуид, када је температура околине нижа од -10 степени, ефикасност и поузданост система топлотне пумпе су смањени, тако да су ПТЦ електрични грејачи и даље потребни за помоћно грејање.
Слика 2 приказује клима уређај топлотне пумпе + ПТЦ систем који користи електромагнетни четворосмерни реверзни вентил и троструки измењивач топлоте. Систем за климатизацију топлотне пумпе пребацује између режима хлађења, грејања, одвлаживања и одмрзавања система преко прекидача на кућишту вентила. Четворострани реверзни вентил се широко користи у области климатизације у домаћинству. Примена на систем за климатизацију топлотне пумпе електричног возила може добро решити проблем преокретања расхладног средства током хлађења и грејања система, као што је приказано на слици 2 (а). Системско решење има мало компоненти, једноставну структуру и ниску цену. Међутим, процес заваривања бакра и алуминијума четворосмерног реверзног вентила је тежак и врло је лако кородирати. Постоји издувавање гаса на страни високог и ниског притиска, што утиче на перформансе система. Систем за климатизацију топлотне пумпе путничких аутомобила обично усваја решење са три измењивача топлоте са једним спољним измењивачем топлоте и два унутрашња измењивача топлоте, а режим се пребацује преко више електромагнетних вентила, као што је приказано на слици 2 (б).
3. Климатизација топлотне пумпе + поврат отпадне топлоте + ПТЦ
моја земља има огромну територију и широк температурни опсег, тако да је неопходно проширити температурни опсег клима уређаја са топлотном пумпом. Отпадна топлота мотора и батерија је драгоцен извор топлоте зими. Многи произвођачи и истраживачке институције разматрају рециклирање овог дела топлоте као помоћног извора топлоте како би проширили употребу клима уређаја са топлотном пумпом.
Слика 3 је дијаграм система управљања топлотом електричног возила који користи клима уређај топлотне пумпе + поврат отпадне топлоте + ПТЦ. Систем може да реализује функције као што су хлађење путничког простора, грејање, одмрзавање, одмагљивање и одвлаживање. Истовремено, може загрејати или охладити батерију и погонски мотор, а такође може остварити поврат отпадне топлоте батерије и погонског мотора. Принцип рада система је следећи: функције хлађења, грејања, одвлаживања, одмрзавања и одмагљивања путничког простора се реализују преко комбинације прекидача електромагнетног вентила круга расхладног средства; у круг расхладног средства се додаје хладњак батерије (Цхиллер) повезан паралелно са испаривачем. Када батерија или погонски мотор имају потребу за хлађењем, расхладно средство протиче кроз расхладни уређај да охлади расхладну течност у секундарном кругу; када батерија или погонски мотор немају велику потражњу за расипањем топлоте, смер протока расхладне течности се може контролисати пребацивањем стања тросмерног вентила, а топлота се може испуштати на спољашњост возила кроз ниски -температурни радијатор за постизање хлађења акумулатора или погонског мотора; када батерија има захтев за грејањем, ПТЦ се укључује за грејање и функција грејања се постиже подешавањем тросмерног вентила на страни расхладне течности; када је температура околине ниска, клима уређај топлотне пумпе не може да се користи и батерија или погонски мотор захтевају дисипацију топлоте, расхладна течност апсорбује топлоту која треба да се расипа на страни батерије или погонског мотора, тече кроз расхладни уређај кроз тросмерни вентил, и размењује топлоту на страну расхладног средства како би загрејао путнички простор, проширујући опсег радне температуре система и побољшавајући енергетску ефикасност система.
